ZL205A铝合金汽车空调器摇盘液态模锻工艺研究

论文摘要

本文以ZL205A铝合金液态模锻的空调器摇盘件为研究对象,针对浇注温度、压力和模具温度三个工艺参数,应用ProCAST进行数值模拟,分析其对温度场、应力场的影响,预测了缩松、缩孔和热裂纹等缺陷的位置。通过实验验证了模拟结果的准确性,并考察工艺参数对合金组织和力学性能的影响。数值模拟研究表明,制件的温度分布不均,与模具接触的金属液先凝固,后由表及里逐层凝固。制件中的缩松、缩孔等缺陷主要受压力的影响较大。压力为60MPa,模具温度为300℃时,浇注温度为720℃~740℃时,产生缩松缩孔的可能性比较小。浇注温度为740℃,模具温度为300℃时,当压力从20MPa增加到80MPa,缩松缩孔等缺陷逐渐消失。压力为60MPa,模具温度为300℃时,浇注温度为740℃时,热裂的倾向最低。在一定条件下,压力的增加会减缓热裂纹敏感性。因此,匹配的压力、浇注温度和模具温度分别为60MPa以上,740℃和300℃。实验研究表明,压力为60MPa,模具温度为300℃时,组织中晶粒尺寸随浇注温度的增加呈现先减小后增大的变化规律,在740℃,ZL205A合金的晶粒最小,力学性能最高。浇注温度为740℃,模具温度为300℃时,当压力从60MPa增加到100MPa,晶粒尺寸从45.5μm降到32.3μm,进一步增加压力,晶粒尺寸的下降幅度有限。合金的力学性能随压力的增加表现出相似的变化规律。实验进一步指出:最佳的浇注温度为740℃,合适的压力为100MPa,与之匹配的金属模具温度为300℃。这与数值模拟的结果比较吻合。此条件下,成形制件表面光洁,晶粒的尺寸较小而且分布均匀,合金的力学性能最高,对应的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为506MPa、477.3MPa和12.7%,达到摇盘件的性能标准。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 液态模锻技术的发展
• 1.2.1 液态模锻的原理
• 1.2.2 国内外的发展
• 1.3 铝合金液态模锻件的组织和性能研究
• 1.3.1 液态模锻的工艺参数
• 1.3.2 液态模锻工艺参数对铝合金组织性能的影响
• 1.4 液态模锻的凝固过程的数值模拟
• 1.4.1 国外凝固过程数值模拟技术的发展
• 1.4.2 国内凝固过程数值模拟技术的发展
• 1.4.3 液态模锻凝固过程的模拟研究
• 1.5 液态模锻过程中热裂分析
• 1.6 本文的研究内容
• 第2章 材料的制备与实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验设备
• 2.3 模具设计
• 2.4 成形工艺
• 2.5 热处理工艺
• 2.6 性能测试
• 2.6.1 金相组织观察（OM）
• 2.6.2 维氏硬度的测试
• 2.6.3 力学性能测试
• 第3章 摇盘件凝固过程的数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 ProCAST 软件与Pro/E 软件的接口形式
• 3.3 数值模拟结果与分析
• 3.3.1 有限元模型的建立
• 3.3.2 温度场分析
• 3.3.3 应力场分析
• 3.4 制件成型过程中的缺陷与分析
• 3.4.1 缩松缩孔分析
• 3.4.2 热裂分析
• 3.4.3 制件的表面粗糙类缺陷
• 3.5 本章小结
• 第4章 工艺参数对制件组织和力学性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 浇注温度对液态模锻件组织与性能的影响
• 4.2.1 浇注温度对组织的影响
• 4.2.2 浇注温度对力学性能的影响
• 4.2.3 浇注温度对断口形貌的影响
• 4.2.4 浇注温度对硬度的影响
• 4.3 压力对液态模锻件组织与性能的影响
• 4.3.1 压力对组织的影响
• 4.3.2 压力对力学性能的影响
• 4.3.3 压力对合金断口形貌的影响
• 4.3.4 压力对硬度的影响
• 4.4 模具温度对液态模锻件组织与性能的影响
• 4.4.1 模具温度对组织的影响
• 4.4.2 模具温度对力学性能的影响
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢